Un catalizador de cobalto dihidrido amino-trans para reacciones asimétricas de hidrogenación

Área de la Ciencia:

• Química organometálica
• Catálisis
• Síntesis asimétrica

Sus antecedentes:

• La hidrogenación asimétrica (AH) es crucial para sintetizar moléculas quirales.
• El desarrollo de catalizadores eficientes y selectivos, en particular catalizadores metálicos abundantes en la tierra, sigue siendo un desafío clave.
• Los catalizadores de cobalto han demostrado ser prometedores, pero a menudo requieren optimización para un alto rendimiento.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y caracterizar un nuevo catalizador amino-trans-dihidrido cobalto (C1) para la hidrogenación asimétrica.
• Investigar la química fundamental y la actividad catalítica de C1 para la reducción de cetona y éster.
• Para comparar el rendimiento de C1 con los catalizadores existentes a base de metales preciosos y cobalto.

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización del precatalizador de cobalto (PC1) y el catalizador activo (C1) mediante espectroscopia de RMN.
• Evaluación de la actividad catalítica y la enantioselectividad en la hidrogenación asimétrica de varios sustratos cetónicos y ésteres.
• Estudios cinéticos y cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para aclarar el mecanismo de reacción e identificar el paso que limita el volumen de negocios.

Principales resultados:

• El nuevo catalizador de cobalto (III) C1 demostró altas frecuencias de rotación (hasta 9,9 s−1) y una excelente enantioselectividad (hasta 99% e.e.) para la cetona AH en condiciones leves.
• C1 superó significativamente a los catalizadores de metales preciosos (Ru, Ir) y otros catalizadores de cobalto, mostrando una mejora de 66-90x y >8500x, respectivamente.
• El catalizador sintetizó con éxito (R) -inabenfuro en una escala de 50 g con un 95% de e.e., lo que demuestra su aplicabilidad práctica. Los cálculos de DFT revelaron una barrera de baja energía para la etapa enantio-determinante.

Conclusiones:

• El amino-trans-dihidrido cobalto (III) catalizador C1 representa un avance significativo en la catálisis de hidrogenación asimétrica.
• El único ligando transhidrido y la funcionalidad NH activan el catalizador y facilitan una vía de división heterolítica H2 de la esfera externa.
• C1 ofrece una alternativa altamente eficiente, selectiva y potencialmente más sostenible a los catalizadores de metales preciosos para la síntesis quiral.